污水处理厂无人值守运行模式探讨

关永年

(苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021)

苏州工业园区清源华衍水务有限公司目前建有两座污水处理厂，第一污水处理厂现处理能力为20万t/d，第二污水处理厂现处理能力为15万t/d。采用的处理工艺为AAO +滤布滤池+次氯酸钠消毒工艺，尾水排放执行一级A标准，生产过程中产生的污泥经干化后全部由热电厂焚烧处理。传统处理工艺需较多的人员配备，但污水处理厂的地理位置偏僻，考虑到工作人员上下班和巡检操控的安全，以及夜间处理厂的运行问题，人工手动操作的工作负荷较大[1-3]。污水处理厂实行无人值守运行模式之前，较多的人员配置产生了一系列问题，主要有：员工在分配任务时存在推诿现象；员工工作效率低，完成一项简单工作耗时长且需配备多名人员同时进行；工作人员执行力较差，企业管理工作不到位，做不到快速进行；人力成本高，增加了企业的经营压力；污水厂的位置偏僻，安全无法确切保障[4-6]。

1 改造方案

1.1 改造原则

(1)安全性。首先应以保证污水处理厂的运行安全为原则，确保污水处理厂的出水水质稳定达标、运行风险可控；保证厂内设备设施和物资的安全，防止外来人员的偷盗和破坏。

(2)稳定性。无人值守运行模式的生产系统必须稳定，需包括安全保卫系统、自动化生产运行系统、视频监控系统、水质在线监测系统等[7]。

(3)经济性。投资注入的改造费用需取得相应的经济效益，则投入产出比要高。

1.2 改造思路

尽量减少人员数量以及人工操作安排。以机器自动化运行代替人工操作，变人工操作为人员监控以及现场巡检，减少人员配置。围绕厂区安全、生产运行、应急处置等方面进行工作。

1.3 改造措施

根据上述改造思路，结合污水处理厂的实际运行情况，将污水处理厂涉及人工操作的环节进行相应的改造，增加相应设备参数的采集信号以及现场的视频信号[8-9]。对安防系统、物料进料系统、加药系统、变电所巡检系统、污泥脱水系统、视频系统、在线仪表系统进行改造和完善，具体如下。

(1)安防系统：污水处理厂围墙增加电子围栏报警系统，大门处采用红外对射，同时设置声光报警系统、建立厂区广播功能；对于安防系统，采用计算机远程遥控布防、撤防、紧急报警；完善视频监控系统，实现图像动态跟踪、智能分析报警等功能，现场视频信号传输至远程安防管理可视化平台；改造污水厂进厂的大门，设置进出权限、增设中控呼叫系统。大门改造成远程开门、授权的RFID以及车辆识别系统，自动开门进入厂区；采用远程对讲系统，外来访客通过语音对讲系统与中央控制室对话，身份确认后，由中控室远程开门；外来物料运输车辆通过车辆识别系统，开门进入厂区；员工进厂维修或巡检等工作时，刷卡进入厂区[10]。安防系统改造完成后，保安岗位可以撤出，改造后的大门及电子围栏系统如图1和图2所示。

图1 改造后的大门Fig.1 Entrance of the WWTP after Reconstruction

图2 围墙上的视频及电子围栏Fig.2 Video Mentoring and Electronic Fence on the wall

图3 变电所信号改造图Fig.3 Signal Transformation of Substation

(2)进料系统：自动进料系统包括车辆识别系统、视频系统、自动称量系统等[11]。对于污水处理厂日常生产所需的硫酸铝、碳源、PAM等原料，供应商送货时，车辆识别系统识别车牌后，物料运输车进厂，同时进入地磅过磅，记录数据，卸货后再次过磅，自动形成进货数据，中控室自动形成进货单据和报表，包括车牌、毛重、空车重、净重等信息。

(3)自动加药系统：根据曝气池出水总磷在线仪的数据显示值，自动启动(或人工远程点动)加药装置向系统加药；加药系统自动配药，并按设定的投加浓度、投加量自动投加。

(4)变电所巡检系统：变电所增加相应的智能仪表(包含电流、电压、功率、温度、功率等指标)及相应的传感仪器，同时配备机器人巡检，定时将变电所信号传到中央控制室；变电所上部安装有轨机器人，按设定的时间和轨迹对变电所进行巡视，并将图片发送至中央控制室,如图3所示。

(5)污泥脱水系统：污泥脱水设备采用离心脱水机，可以满足无人值守自动运行的要求，主要是解决配药系统的自动化[12-13]，采用商品化的原液可以解决这个问题。

(6)视频系统：进一步完善生产过程的视频系统。除了鼓风机房、变电所、加药间等已安装的视频系统，新增污水厂总进水口、初沉池出水口、二沉出水口、总出水口等地的视频系统，视频采用有夜视功能的高清球机，可定时观看视频巡查代替工作人员的人工巡检。

(7)在线仪表以及设备信号完善：新增初沉池出水、曝气池出水、二沉池出水等工艺处测定氨氮、总氮、硝酸盐氮、总磷等仪表，增加和完善各设备运行参数信号的采集，以便细化过程监控[14-15]。

由于无人值守系统是个基于物联网的庞大系统，涉及智能生产系统、信息系统等其他方面的改造，这里不一一赘述。

2 无人值守系统的运行模式

完成上述改造后，取消了门卫和保安岗位，污水厂内不再配置运行人员，污水处理厂按无人值守模式进行运行。日常运行如图4所示。

图4 无人值守运行示意图Fig.4 Schematic Diagram of Unattended Operation Mode

运行人员在公司总部的中央控制室集中控制，监控污水厂的运行，根据需要调整水量、风量、回流比、排泥量等工艺参数，并负责生产电耗、药耗的控制；工作人员在现场定期巡视，发现问题后及时处理；外来访客通过视频对讲系统与设置在总部的生产控制中心对话，身份确认后，中控人员远程开门；工艺和设备人员设置24 h值班，有问题及时处理。

变电所机器人巡检系统，定期将画面传到中央控制室；变电所内电流、电压、功率、温度、功率因素等参数通过智能表实时传到中央控制室。应急处理时按应急相应的流程进行处理，如图5所示。

图5 应急处理流程图Fig.5 Flow Chart of Emergency Process

3 结论及建议

苏州工业园区污水处理厂通过探索污水处理厂的无人值守运行模式，实现了一线人员的精减和优化，分流的人员可作为后台的保障。两座污水厂的现场人员减少32人，保安人员也全部取消，提高工作效率的同时，大大节省了污水处理厂的人力成本，为公司的智能生产迈出了坚实的一步，今后将会在远程自动化基础上，在生产的智能化方向进行下一步改造和完善。已经运行的无人值守模式仍有一些的地方需要改进。

(1)加强工艺在线仪表的维护。在线仪表是生产过程的眼睛，在线仪表的准确性是污水厂运行的重要前提。

(2)强化设备保障。设备状况及完好率、保证率是实现污水厂无人值守的前提条件，因此，无人值守对设备的完好率要求较有人值守更高。

(3)工艺的应急响应。同设备人员的24 h值班一样，工艺人员也应配置24 h的应急人员，出现工艺问题时以便及时处理。

(4)设备配置的适当冗余。无人值守的污水处理厂厂内未配置操作人员，因此，设计时，应充分考虑主要设备的冗余度，当一台设备出现故障，应有备用设备及时投入使用，以确保污水厂的运行安全。